第五章 輕質 RC 建築物結構經濟效益分析
第二節 版之分析
一、版構件
本研究以一般常見的版構件來作分析，分別為：
1. 3m×5m 之版，厚度 12 ㎝。
2. 5m×5m 之版，厚度 12 ㎝。
3. 5m×7m 之版，厚度 15 ㎝。
4. 7m×7m 之版，厚度 15 ㎝。
5. 7m×9m 之版，厚度 20 ㎝。
6. 9m×9m 之版，厚度 25 ㎝。
二、混凝土單位重及抗壓強度變數
並且使用兩種傳統混凝土與三種輕質骨材混凝土材料作比較，分
別為：
1.傳統混凝土，單位重 2400kg/m3，抗壓強度 210 kgf/㎝2。 2.傳統混凝土，單位重 2400kg/m3，抗壓強度 280 kgf/㎝2。 3.輕質骨材混凝土，單位重 1600kg/m3，抗壓強度 280 kgf/㎝2。 4.輕質骨材混凝土，單位重 1800kg/m3，抗壓強度 420 kgf/㎝2。 5.輕質骨材混凝土，單位重 2000kg/m3，抗壓強度 560 kgf/㎝2。 三、版分析結果
採用常控制建築物版厚度的角落版，即兩邊連續而兩邊不連續之 版，使用住宅活載重200 kgf/cm2。此外，版之鋼筋使用三號或四號鋼 筋，鋼筋強度2800 kgf/㎝2。分析時，鋼筋量相同來決定版厚，也就 是鋼筋間距要相同。其結果顯示，如表5-1 及表 5-2。
結果顯示出兩種單位重相同的傳統混凝土，雖然其強度分別有 210 kgf/㎝ 2及280 kgf/㎝ 2之差別，但顯示強度對鋼筋的間距影響不大，
所以對於厚度之影響亦微。
分析結果也顯示單位重2000kg/m3的輕質骨材混凝土，可以縮減 8%至 18%之版厚度；單位重 1800kg/m3的輕質骨材混凝土，可以縮減 12%至 24%之版厚度；單位重 1600kg/m3的輕質骨材混凝土，則可以縮 減12%至 28%之版厚度。發覺「單位重越輕，越利於版厚度的縮減量」， 見圖5-1 所示。另外，「輕質骨材混凝土對於厚度越大之版，越具有
縮減之幅度」。
註：
（2400•210）：混凝土強度210 kgf/cm2，單位重 2400 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（1600•280）：混凝土強度280 kgf/cm2，單位重 1600 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（1800•420）：混凝土強度420 kgf/cm2，單位重 1800 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（2000•560）：混凝土強度560 kgf/cm2，單位重 2000 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
表 5-1-2 住宅建築版各向重矩
（2400•210）：混凝土強度210 kgf/cm2，單位重 2400 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（1600•280）：混凝土強度280 kgf/cm2，單位重 1600 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（1800•420）：混凝土強度420 kgf/cm2，單位重 1800 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（2000•560）：混凝土強度560 kgf/cm2，單位重 2000 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
表 5-2-1 住宅建築版各向重矩 註：（2400•280）：混凝土強度280 kgf/cm2，單位重 2400 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（1600•280）：混凝土強度280 kgf/cm2，單位重 1600 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（1800•420）：混凝土強度420 kgf/cm2，單位重 1800 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
表 5-2-2 住宅建築版各向彎矩 註：（2400•280）：混凝土強度280 kgf/cm2，單位重 2400 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（1600•280）：混凝土強度280 kgf/cm2，單位重 1600 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（1800•420）：混凝土強度420 kgf/cm2，單位重 1800 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
（2000•560）：混凝土強度560 kgf/cm2，單位重 2000 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2
第三節 梁與柱之分析
本研究以六棟真實的建築物平面進行分析，分別評估：四層辦公 室建築、十四層辦公室建築、三十一層辦公室建築、二層住宅建築、
十四層住宅建築與三十一層住宅建築等六棟大樓。
結構系統則使用常見的梁柱構架系統，利用ETABS 結構設計程式 來分析（圖 5-1 至圖 5-5），使用四種混凝土材料，單位重分別為：
1600kg/m3、1800kg/m3 及 2000kg/m3 之輕質骨材混凝土以及傳統常重混 凝土（2400 kg/m3），見表5-3。此外，考慮施工的便利性，每棟建築物 的柱、梁、版與牆等構件均使用單一混凝土材料。
圖 5-2 二層住宅建築之梁柱結構
圖 5-3 四層辦公室建築之梁柱構架
圖 5-4(1) 十四層住宅建築與十四層辦公室建築之梁柱構架
圖 5-4(2) 十四層住宅建築與十四層辦公室建築之梁柱構架
圖 5-5(1) 三十一層住宅建築之梁柱構 架
圖 5-5(2) 三十一層住宅建築之梁柱構架
圖 5-6(1) 三十一層辦公室建築之梁柱 構架
圖 5-6(2) 三十一層辦公室建築之梁柱構架
表 5-3 四種混凝土材料基本性質
D1（2F）
表 5-5(4) 十四層辦公室建築之分析結果
梁 19％ 41017 2.44099 2027 20509
表 5-7(1) 四層辦公室建築之梁橫斷面縮減百分比
2A 19.9 19.9 26.5 26.5 32.2 32.2
RF 40.8 40.8 58.4 58.4 60.4 60.4
件 結構分析 ρMAX限制後 結構分析 ρMAX限制後 結構分析 ρMAX限制後
面積縮減百分比（％） 面積縮減百分比（％） 面積縮減百分比（％）
單位重2000 3
單位重2000 3
單位重2000 3
單位重2000 3
表 5-12 各棟輕質骨材混凝土可縮減梁柱構件的橫斷面積百分比
1600 1800 2000
2F Beam
第四節 小梁分析
本節探討輕質骨材混凝土對小梁橫斷面縮減量的能力，藉由四層 辦公室建築實際的案例，分別取出不同長度的兩根小梁分析：1.6.0m
×7.5m 版之內跨小梁 A；小梁一端連續，一端不連續，長 6m，橫斷面 30 ㎝×60 ㎝。2.8.0m×6.0m 版之內跨小梁 B；小梁一端連續，一端不連 續，長8m，橫斷面 30 ㎝×60 ㎝。小梁其餘計算條件為：
1.梁斷面三根７號鋼筋，鋼筋強度 4200kg/㎝2。
2.版之舖面厚 2.5 ㎝，即 0.025m×2000 kg/m3＝50 kg/m2；版之活載重 為300kg/m2。
3.傳統常重混凝土，單位重 2400kg/m3，抗壓強度280 kg/㎝2；版厚 12.0 ㎝，牆厚 15.0 ㎝。假設原本版每平方公尺平均承受 100kg 之牆載重。
4.輕質骨材混凝土，單位重 1600kg/m3，抗壓強度280 kg/㎝2；版厚 10.0 ㎝，牆厚 12.0 ㎝。
5.輕質骨材混凝土，單位重 1800kg/m3，抗壓強度420 kg/㎝2；版厚 10.5 ㎝，牆厚 12.5 ㎝。
6.輕質骨材混凝土，單位重 2000kg/m3，抗壓強度560 kg/㎝2；版厚 11.0 ㎝，牆厚 13.0 ㎝。
限制相同主鋼筋量為三根７號鋼筋的條件下，結果分別為（表 5-13(1)與 5-13(2)）：1.1600kg/m3之輕質骨材混凝土分別對原斷面可縮減 58％與 49％，平均為 54％。2.1800kg/m3之輕質骨材混凝土分別對原斷 面可縮減53％與 44％，平均為 49％。3.2000kg/m3之輕質骨材混凝土 分別對原斷面可縮減45％與 33％，平均為 39％。
同時比較各輕質骨材混凝土在四層辦公室建築的大梁斷面縮減 量與小梁斷面縮減量：
1. 1600kg/m3之輕質骨材混凝土之縮減量分別是 53％與 54％。
2. 1800kg/m3之輕質骨材混凝土之縮減量分別是 44％與 49％。
3. 2000kg/m3之輕質骨材混凝土之縮減量分別是 37％與 39％。
小梁僅考慮垂直淨載重與活載重；而大梁在ETABS 的分析 中，則需要承受地震力，但發覺其結果相近。
另外假設一根小梁C（6.0m×6.0m 版之內跨小梁，小梁一端連續
，一端不連續，長 8m，橫斷面 30 ㎝×60 ㎝），並藉由比較小梁 B 與小 梁C 來探討梁跨度與橫斷面縮減量之關係。（表 5-14）結果顯示：
1. 固 定 三 根 ７ 號 鋼 筋 量 條 件 下 ， 傳 統 常 重 混 凝 土 （ 單 位 重 2400kg/m³）已無法再承受比 8m 更長的梁跨距；而輕質骨材混
凝土尚能縮減梁斷面，顯示其尚能承受比 8m 更長的梁跨距。
1800 10.5 12.5 22 47 44% 44%
舖面 0.025 2000 50 2
五、6m×7.5m 版內跨小梁，一端連續，一端不連續，長 6m
d
0113
，因此能承受更多的外力；換言之，可以提高其跨距，進而減少梁
1800 50 56 31149 55.6 17305 74.1 2000 37 44 36204 64.6 18102 77.5 2400 － － 56041 － 23350 －
第六節 各部構件之施工性
傳統輕質低強度混凝土無法使用於梁與柱構件，在只能施作於 版與強的情況下，無疑造成施工上的困擾。試想梁與版得分別得澆 置不同強度之混凝土，其增加許多施工步驟，混凝土界面也麻煩處 理，曠工費時，增加成本。輕質骨材混凝土具有高強度，對於柱、
梁、版與牆皆能適用，柱、梁、版與牆可以一次澆置，施工簡易。
此外，輕質骨材混凝土亦具有高流動性，利於澆置。
使用輕質骨材混凝土而大量能縮減梁柱橫斷面，然而其會受到排 筋之影響，譬如：最大鋼筋比、最小鋼筋淨間距與保護層等規定，或 者柱筋搭接產生困難；所以規範之規定與施工之困難，將造成梁柱橫 斷面縮減量之限制。輕骨材混凝土的水密性高，對鋼筋有較佳之保 護，因此可研究保護層之厚度規定。此外，輕質骨材混凝土強度高且 流動性佳，對於握裹與鋼筋淨間距等規定，亦應該重新加以研擬，以 利斷面之縮小。
第七節 小結
1.輕 質 骨 材 混 凝 土 具 有 高 強 度 ， 對 於 柱 、 梁 、 版 與 牆 皆 能 適 用 ， 全 棟 建 築 物 都 能 使 用 輕 質 骨 材 混 凝 土 的 情 況 下 ， 除 了 可 以 發 揮 更 大 的 瘦 身 效 益 外 ， 柱 、 梁 、 版 與 牆 可 使 用 相 同 之 混 凝 土 ， 也 讓 施 工 更 具 便 利 性 ； 因 為 傳 統 輕 質 混 凝 土 強 度 低 ， 不 適 用 柱 與 梁 構 件 ， 只 能 使 用 於 版 與 牆 ， 在 不 同 單 位 重 混 凝 土 的 情 況 下 ， 會 造 成 施 工 之 困 擾 與 介 面 處 理 之 麻 煩 ， 亦 會 增 加 工 期 。
2.從 低 層 至 高 層 建 築 皆 適 用 輕 質 骨 材 混 凝 土 ， 梁 柱 橫 斷 面 均 能 達 到 相 當 的 縮 減 量 。 尤 其 高 樓 層 建 築 使 用 輕 質 骨 材 混 凝 土 ， 可 以 大 量 減 低 樓 層 累 積 的 自 重 ， 因 此 大 量 減 少 由 自 重 所 誘 發 的 地 震 水 平 力 ， 有 效 的 減 輕 結 構 負 擔 。
3.輕 質 骨 材 混 凝 土 對 梁 柱 橫 斷 面 的 縮 減 能 力 ， 會 受 到 排 筋 或 最 大 鋼 筋 比 等 限 制 。 然 而 輕 骨 材 混 凝 土 的 水 密 性 高 ， 對 鋼 筋 有 較 佳 之 保 護 ， 因 此 可 研 究 縮 減 保 護 層 之 厚 度 規 定 。 此 外 ， 輕 質 骨 材 混 凝 土 強 度 高 且 流 動 性 佳 ， 對 於 握 裹 與 鋼 筋 淨 間 距 等 規 定 ， 亦 應 該 重 新 研 擬 。
4.柱 橫 斷 面 與 牆 厚 度 的 縮 減 量 ， 可 增 加 樓 地 版 的 使 用 空 間 ；
而 減 少 梁 橫 斷 面 與 版 厚 度 ， 則 可 提 升 樓 層 淨 高 度 ， 或 者 增 加 樓 層 數 。
5.因 為 得 以 縮 減 柱 、 梁 、 版 與 牆 的 混 凝 土 用 量 ， 所 以 也 節 省 混 凝 土 之 材 料 費 、 施 工 費 與 運 費 。 此 外 ， 混 凝 土 量 少 且 流 動 性 高 ， 節 省 混 凝 土 澆 置 時 間 ， 此 亦 為 經 濟 效 益 。
6.輕 質 骨 材 混 凝 土 的 單 位 重 輕 且 強 度 高 ， 具 有 加 長 梁 與 版 跨 距 之 功 效 ， 可 以 讓 建 築 師 或 技 師 有 更 寬 廣 的 設 計 自 由 ， 並 且 在 拉 長 梁 與 版 跨 度 之 情 況 下 ， 可 減 少 建 築 物 之 梁 與 柱 數 量 ， 創 造 更 佳 的 使 用 性 與 經 濟 性 。
第六章 輕質 RC 建築物外殼耗能量分析
第一節 前言
RC 鋼筋混凝土在台灣是種普遍又重要的建築材料，目前世界潮 流對RC 鋼筋混凝土的生產及使用上，非常重視其環境保護的因素，
諸如RC 鋼筋混凝土的生產過程中如何減少其能源耗用及污染影響，
如何減少其二氧化碳之產生，如何在品質上加強並考量其再生的可行 性，還有更重要的是在建築隔熱性質及防火性質等因素的考量，輕質 混凝土的產生即是因應此潮流的建材產品。本章節即針對輕質混凝土 在建築節約能源考量上逐一說明分析。
民國62 年國際上受能源危機衝擊，導致世界性經濟衰退以來，
各國政府皆重視能源節約的課題，亦紛紛加強建築能源節約的各項工 作，在能源節約建築法規上世界各國亦以各不同氣候地區及環境因素 普遍執行，諸如位於北半球的美國的BOCA（Building Officials and Code Administrators International），針對冷房或暖房的建築外殼之OTTV（Overall Thermal Transfer Value，建築外殼總傳熱值）、冷暖氣設計、設備照明等 皆有規範，美國加州State Building Code, Title 24，規定建築能源效率標 準，針對新舊建築之冷、暖房以Energy Budget（每年、單位面積所容 許耗能之最大值）來規範，位於南半球新加坡的Building Control